近年來，我國先后從國外引進了3萬t新工藝炭黑反應爐，其內襯耐火材料由國外引進，為使耐火材料國產化，我們先后研制了高純高密度剛玉磚、鉻剛玉磚、鉻剛玉澆注料和鉻鋯剛玉質澆注料，并成功應用于該反應爐內襯。為進一步提高耐火材料的使用壽命，我們又研制出高純鋯磚及與其配套使用的氧化鋯空心球澆注料。本文著重論述了氧化鋯空心球澆注料的研制。
2試驗
2.1原料
澆注料中骨料采用二氧化鋯空心球，粒度為5 ~ 3mm，3 ~ 1 mm，1 ~ 0 mm，其自然堆積密度為 1.8~2.5g·cm3。粉料部分為電熔的CaO穩定立方二氧化鋯細粉(<0.044 mm)及單斜二氧化鋯微粉(<5um)。原料的化學組成見表1。
表1 原料的化學組成/%
2.2制樣
將混合均勻的澆注料倒入模型，經振動成型為40mmx40mmx160mm條形試樣，在室溫下養護24h后脫模，測定經110℃，24h;600℃，5h;1780℃，8h熱處理后試樣的體積密度、線變化率、抗折強度和耐壓強度。
3 結果及討論
3.1 氧化鋯空心速加入量對澆注料性能的影響
圖1示出了氧化鋯空心球含量不同的試樣在110℃，24h烘后和1780℃，8h燒后，試樣的體積密度和耐壓強度與氧化鋯空心球加入量的關系。
圖1 氧化鋯空心球加入量與澆注料物理性能的關系
從圖1可以看出，隨著空心球加入量的增加，澆注料的烘后和燒后的體積密度大幅度降低，烘后強度也大幅度降低，但其燒后強度變化趨于平緩。這是因為試樣烘后強度取決于結合劑與空心球和細粉的物理結合強度，空心球的比例大，即球與細粉的物理結合層薄弱，因而強度隨著空心球的比例增加而急劇下降。試樣經過1780℃，8h燒后，其強度主要取決于基質的燒結情況，即基質結構。在澆注料基質配料組成基本相同的情況下，基質高溫燒后的組織結構基本相同，所以其強度隨空心球的比例變化而趨于平緩。因此，要想制得體積密度小于2.8 g·cm -3、耐壓強度大于40MPa的空心球澆注料，當氧化鋯空心球的自然堆積密度為1.8 ~ 2.5 g·cm-3時，空心球的加入量以60% -70%為宜。
3.2 m-ZrO2微粉的加入對澆注料物理性能的影響
m-Zr02微粉的粒徑分布為：<0.3um的17%，< 1.0 um的44.9%，<3.0um的 87.7%，< 5.0um的100%，中值直徑1.84um。圖2示出了氧化鋯空心球數量一定時，澆注料中m-ZrO2微粉加入量與澆注料物理性能的關系。
圖2 m-ZrO2微粉含量與澆注料物理性能的關系
從圖2A和圖2B中可以看出，隨著m-ZrO2微粉量的增加，即c-ZrO2細粉量的減少，材料的體積密度有明顯降低，燒后線變化率增大。產生這種現象的原因主要有以下兩個方面：
(1)m-ZrO2與c-ZrO2在容重上的差別，m-ZrO2的理論密度為5.560g·cm-3，而c-ZrO2的理論密度為 6.09g·cm-3。
(2)氧化鋯的晶相轉化：
氧化鋯的這一馬氏體相變伴隨有5%-7%的體積效應。
從圖2C可以看出，隨著m-ZrO2微粉含量的增加，烘后強度先略有增加而后又稍有下降，直至平穩。燒后強度亦是先略有增加，但當m-ZrO2含量>12%時，強度驟然下降。由此可見，隨著引入m-ZrO2微粉量的增加，澆注料的流動性得到改善，強度逐步提高，但當加入量達到12%以上時，其一，由于超微粉的凝聚粘滯作用，造成流動性喊弱，試樣的強度下降;其二，過多地引入m-ZrO2，由于其本身相變，造成基質裂紋過多，弱化了基質結構，使得燒后強度急劇下降。
3.3 添加劑A(復含磷酸鹽)的影響
圖3和圖4示出了添加劑A的不同含量(從4C到4F逐漸增加)對澆注料的物理性能的影響。
由圖3、4可知，與4#(無添加劑)試樣相比，含添加劑A的試樣，其烘干和髙溫燒后的強度均有較大提高。這是由于添加劑A在常溫下能與結合劑進行化學作用，從而使得材料的烘后強度大幅度提高，添加劑A在高溫燒成時又能有效地彌散強化氧化鋯晶界，使其燒后強度亦大幅度提高。
圖3 添加劑A對體積密度的影響
圖4 添加劑A對抗折強度的影響
3.4 添加劑B(MgO-Al2O3系物質)的影響
以4#試樣組成為基礎，隨著B加入量的增加，試樣燒后強度逐漸增加。三種試樣燒后(1780℃，8h)抗折強度分別為：2.9 MPa，4.5 MPa，9.75 MPa。這是由于添加劑B在1780℃下與氧化鋯形成固溶體，部分穩定了ZrO2。另外，由X射線衍射分析可知,燒后試樣中有t-ZrO2存在，減少了體積效應，使得基質結構組成較為合適，因而材料強度提高。但添加劑B的加入量增加到一定量時，澆注料難以成型，B合適的加入量為0.8% ~ 1.5%。
4 結論
(1)要制得體積密度小于2.8g，cm-3、耐壓強度大于40MPa的氧化鋯空心球澆注料，當氧化鋯空心球的自然堆積密度為1.8-2.5 g·cm-3時，空心球的加入量以60% -70%為宜。
(2)m-Zr02微粉的適量加入，既可使澆注料有一個較合適的體積密度，又可使其強度增加。
(3)加入少量的添加劑A，能有效地彌散強化氧化鋯晶界，提高了材料的強度。
(4)加入少量的添加劑B，除能促迸材料致密化外，還影響材料的相組成，從而提高了材料的常溫、高溫物理性能。